[發(fā)明專利]一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112087041A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李納新;景琛;曹翠;李泉成;康福雷;劉衛(wèi)亮
• 申請（專利權(quán)）人: 盤錦京聯(lián)石油技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)由光伏電池、主控設(shè)備、蓄電池、掛載到交流母線上的全電廚房炊具、全電廚房供水系統(tǒng)構(gòu)成。本系統(tǒng)的主控設(shè)備以STM32為控制器，在STM32控制器內(nèi)部嵌入優(yōu)化管理方法，該方法首先歸納供水系統(tǒng)的運行工作規(guī)律，分析供水系統(tǒng)的負(fù)荷靈活性以及儲能特性，評估其儲能潛力；其次，將供水系統(tǒng)視為虛擬儲能系統(tǒng)，與蓄電池儲能系統(tǒng)一起構(gòu)成多源儲能系統(tǒng)；建立光伏發(fā)電功率預(yù)測、廚房負(fù)荷預(yù)測的數(shù)字孿生模型，通過虛實互動，提高預(yù)測精度；最終，考慮源?荷?儲場景分類的前提下，利用非支配排序遺傳算法對系統(tǒng)模型進(jìn)行優(yōu)化運算，以提高全電廚房運行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性為目標(biāo)，建立以多源儲能系統(tǒng)的充/放電為調(diào)度手段的全電廚房能量管理模型，并利用智能搜索算法求解最優(yōu)化調(diào)度方案，具備電能產(chǎn)量過剩時并入局域電網(wǎng)功能。本發(fā)明實現(xiàn)虛實數(shù)據(jù)互通的同時保證全電廚房的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，太陽能光伏發(fā)電作為清潔的綠色能源，成為世界各國關(guān)注和研究的熱點且被逐漸推廣到人們的日常生活中，分布式發(fā)電站獨立并網(wǎng)已成為微電網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢。

光伏全電廚房是指廚房內(nèi)所有用能設(shè)備放棄傳統(tǒng)化石能源，改用光伏發(fā)電作為唯一使用能源，有能力滿足所有烹飪方式和生產(chǎn)需求的廚房。其最大好處是節(jié)能高效和安全可靠，電磁灶熱效率高達(dá)90％以上，加熱速度快，比傳統(tǒng)燃?xì)庠罹咝矢叱?0％至60％，減少碳排放30％至50％，耗能減少68％至77％。同時，全電廚房使用電能無明火，精準(zhǔn)控溫油煙少，規(guī)避了燃?xì)庑孤⒂湾伇嫉劝踩[患。在全電智能家居系統(tǒng)中，大部分家用負(fù)荷的短時間斷電不會對用戶舒適度產(chǎn)生劇烈影響，能耗量也比較穩(wěn)定，是電力系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)度的重要部分。然而，由于廚房使用頻繁且地位特殊，針對廚房設(shè)備的能量管理優(yōu)化仍停留在較低水平，無法通過現(xiàn)有的直接負(fù)荷控制進(jìn)行調(diào)度。進(jìn)行合理的光伏全電廚房能量管理優(yōu)化，使設(shè)備能夠參與需求側(cè)負(fù)荷調(diào)度，對發(fā)展“電網(wǎng)—用戶”互動技術(shù)具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化系統(tǒng)，包含光伏電池、蓄電池、供水系統(tǒng)、灶具以及具有能量管理功能的主控設(shè)備等組成部分，其中，供水系統(tǒng)主要包括給水罐及供水處理裝置；主控設(shè)備中的能量管理方法主要包括數(shù)據(jù)處理模塊、功率預(yù)測模塊、優(yōu)化調(diào)度模型模塊、調(diào)度方案生成模塊等部分。常規(guī)模式下炊具與供水系統(tǒng)并非錯峰工作，各部件運行與否取決于當(dāng)前廚房的需求，在用電高峰時供水系統(tǒng)工作加重了電源供電壓力，電力產(chǎn)能過剩時，可將電能回饋至局域電網(wǎng)。

本發(fā)明是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

所述一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化系統(tǒng)選用STM32作為主控，通過采集回的歷史數(shù)據(jù)建立光伏發(fā)電功率、廚房負(fù)荷、荷電狀態(tài)的數(shù)字孿生模型，進(jìn)而進(jìn)行能量管理優(yōu)化，使得結(jié)果對物理層面的全電廚房運行提供指導(dǎo)作用以保證廚房運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

所述一種光伏全電廚房及能量管理優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化方法包含以下步驟：

(1)歸納供水系統(tǒng)的運行工作規(guī)律及儲能特性，評估其儲能潛力；

(2)建立光伏發(fā)電、蓄電池的數(shù)字孿生模型并完成模型校正；

(3)計算成本函數(shù)、電能質(zhì)量函數(shù)，構(gòu)建優(yōu)化的約束條件、目標(biāo)函數(shù)；

(4)STM32中建立全電廚房能量管理模型，對物理廚房運行提供指導(dǎo)；

所述步驟(1)以當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成和運行參數(shù)為基礎(chǔ)，通過歷史運行數(shù)據(jù)總結(jié)供水系統(tǒng)的工作規(guī)律，包括：供水處理裝置工作耗能量、給水罐儲水量，以此評估供水系統(tǒng)儲能潛力。設(shè)定決策變量為供水系統(tǒng)每一時刻的工作耗能，默認(rèn)每天的7-8時、11-12時、19-21時供水系統(tǒng)功率為0。

所述步驟(2)對全電廚房中光伏發(fā)電、蓄電池進(jìn)行數(shù)字建模，完成描述各實體對象物理規(guī)律的數(shù)學(xué)方程，光伏電池的輸出功率模型為：